[論文レビュー] Blockchain-Powered Collaboration in Heterogeneous Swarms of Robots

Jorge Peña Queralta, Tomi Westerlund|arXiv (Cornell University)|Nov 23, 2019

Blockchain Technology Applications and Security参考文献 51被引用数 38

ひとこと要約

この論文は、オンライン資源推定の PoW を用い、適応的なデータ共有と帯域管理のためにデータ品質をランク付けするスマートコントラクトを使って、多様な異種ロボット群の協調を管理するブロックチェーンベースのフレームワークを提案します。

ABSTRACT

One of the key challenges in the collaboration within heterogeneous multi-robot systems is the optimization of the amount and type of data to be shared between robots with different sensing capabilities and computational resources. In this paper, we present a novel approach to managing collaboration terms in heterogeneous multi-robot systems with blockchain technology. Leveraging the extensive research of consensus algorithms in the blockchain domain, we exploit key technologies in this field to be integrated for consensus in robotic systems. We propose the utilization of proof of work systems to have an online estimation of the available computational resources at different robots. Furthermore, we define smart contracts that integrate information about the environment from different robots in order to evaluate and rank the quality and accuracy of each of the robots' sensor data. This means that the key parameters involved in heterogeneous robotic collaboration are integrated within the Blockchain and estimated at all robots equally without explicitly sharing information about the robots' hardware or sensors. Trustability is based on the verification of data samples that are submitted to the blockchain within each data exchange transaction and validated by other robots operating in the same environment. Initial results are reported which show the viability of the concepts presented in this paper.

研究の動機と目的

• 異なるセンサや計算能力を持つ異種ロボット間のデータ共有最適化に取り組む。
• ハードウェアの詳細を明らかにせず、参加ロボットのリソースを自動的かつオンラインで推定できるようにする。
• 異なるロボットからのデータ品質を評価・ランク付けして信頼できる協調を実現する仕組みを開発する。
• ブロックチェーンとスマートコントラクトを活用して、分散型かつスケーラブルな帯域割り当てを管理する。

提案手法

• 参加ロボットのオンライン計算資源を推定するために、Proof of Work方式を利用する。
• マップマッチングまたはデータ相関を用いてデータ品質を評価・ランク付けを定義し、データサンプルをブロックチェーンに記録する。
• スマートコントラクトを組み込んで、群全体でデータの分散評価とランキングを実行する。
• データ品質のランキングを、リソースを考慮した帯域分配とP2Pネットワーク全体に統合する。
• ブロックチェーンの導入設計（許可型 vs 許可なし）とネットワーク健全性の考慮事項（Sybil保護、デマリッジ）について議論する。
• リアルタイム協調のスケーラビリティを維持するため、シャーディングの概念とAtomix風のクロスシャード実行思想を活用する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 PoWをどのように用いて、異種ロボット間の利用可能な計算資源をリアルタイムで推定・比較できるか。
• RQ2 多様なセンサからのデータ品質をどのように評価・ランク付けし、群れにおけるデータ共有と帯域を最適化するのに活用できるか。
• RQ3 ロボットのハードウェアやセンサの詳細を明らかにせず、ブロックチェーンベースのスマートコントラクトがスケーラブルで信頼性のある分散協調を実現できるか。
• RQ4 実環境でのアドホックなロボット群を最も支援する設計選択（許可型 vs 許可なし、単一ブロックチェーン vs アドホック）とは何か。

主な発見

• PoWベースの方法で他ロボットの計算資源をオンライン推定できる。
• ロボット間のセンサデータを評価するデータ品質ランク付け機構を提案し、データ共有の意思決定をガイドする。
• スマートコントラクトは並列化可能でシャードに優しいデータ評価を実現し、リアルタイム協調のスケーラビリティを支援する。
• データ品質と処理能力を用いてロボット間のP2P帯域を分配し、協調効率を向上させる。
• ハードウェアやセンサの詳細を明示的に共有することを必要とせず、ゼロ知識に近い協調を目指す。